《Microplastics》：Aqueous Eluates of Foamed Plastic Consumer Products may Induce High Toxicity to Aquatic Biota
Irina Blinova,
Aljona Lukjanova,
Anne Kahru,
Villem Aruoja and
Margit Heinlaan
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这篇研究深入探讨了泡沫塑料产品中添加剂（如PE, PUR, EVA等）通过浸出过程对水生生态系统构成的风险。研究通过建立一套包含不同营养级生物（如V. fischeri, R. subcapitata, D. magna等）的敏感测试组合，揭示了短时接触（如48h D. magna急性毒性测试）可能严重低估了塑料浸出液的长期危害。文章强调了为提升环境危害评估的相关性，应关注并协调浸出液制备与生态毒性测试方法标准化的重要性，为塑料污染的风险管控提供了科学依据。
1. 引言：被忽视的塑料化学混合物风险
塑料污染已成为一个全球性的环境挑战。尽管塑料是复杂的化学混合物，但危害研究多聚焦于其颗粒形态（如微塑料或纳米塑料），而其中所含的数以万计的添加剂对环境生物体构成的风险，我们却知之甚少。考虑到生物体无处不在的塑料接触，这是一个显著的知识空白。塑料添加剂（如增塑剂、阻燃剂等）有可能从塑料基质中迁移出来，并在塑料的整体毒性中扮演重要角色。然而，与微塑料相比，添加剂从塑料材料中浸出并被生物体通过水体摄取的相关风险研究较少，现有研究主要关注其对人类健康的潜在危害。大量未公开的添加剂存在于消费品中，加之我们对其混合效应和在水浸出液中的生物利用度认知有限，使得单纯依据化学组成来预测塑料制品的环境危害充满挑战。因此，目前只有实验毒性数据可用于塑料的环境危害预测。泡沫塑料因其质轻、易在环境中传播，并约占海滩塑料垃圾的12%，其潜在环境风险尤其值得关注。本研究旨在：（i）评估随机选择的泡沫塑料消费品对水生生物群的潜在危害；（ii）提出一套用于筛选泡沫塑料浸出液生态毒性的灵敏水生生物测试组合。
2. 材料与方法：系统性的毒理学评估
2.1. 测试材料
研究选取了六种常见的泡沫塑料消费品，包括跪垫、包装泡沫、洗碗海绵和隔离泡沫。为避免粘合剂、涂料等带来的额外混合效应干扰，研究聚焦于均质泡沫材料。通过ATR-FTIR（衰减全反射傅里叶变换红外光谱）分析，确认了部分材料的聚合物组成。
2.2. 浸出液制备
浸出液制备遵循欧洲标准EN 14735:2005。由于泡沫材料极高的体积/重量比，未采用标准推荐的1:10固液比，而是制备了1:100、1:1000和1:10,000三种固液比的浸出液用于毒性测试。浸出在22°C下震荡24小时后进行，并在毒性评估前通过0.4微米滤膜过滤。
2.3. 生态毒性评估
研究采用了包含不同食物网层级的6种水生生物和8种暴露设置组成的测试组合，以全面评估浸出液的毒性效应。测试生物包括：
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分解者：海洋发光细菌（Vibrio fischeri， 30分钟生物发光抑制实验）。
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生产者/自养生物：微藻（Raphidocelis subcapitata， 72小时生长抑制实验）和浮萍（Lemna minor， 7天生长抑制实验）。
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消费者/异养生物：浮游性（Daphnia magna， 大型溞，48小时及96小时急性活动抑制实验，以及21天慢性实验；Thamnocephalus platyurus， 仙女虾，24小时致死率实验）和底栖性（Heterocypris incongruens， 介形虫，6天生长与致死率实验）微型甲壳动物。
3. 结果与讨论：显著的毒性效应与检测策略
3.1. 浸出液对水生生物群的毒性
研究结果显示，所有测试的泡沫塑料产品的浸出液均能影响测试生物，但其毒性潜力存在差异。在浓度最高的浸出液（固液比1:100）中，两种跪垫（KP-1和KP-2）和洗碗海绵（SPON）仅对部分测试物种表现出轻微毒性。而跪垫KP-3、包装泡沫（PACK）和隔离泡沫（ISOL）的浸出液则对水生生态系统表现出高危害性。其中，包装泡沫（PACK）的浸出液毒性最强，即使在1:10,000的稀释度下仍表现出（极）高毒性。KP-3和ISOL的浸出液在1:1000的稀释度下也对某些测试物种（如R. subcapitata, D. magna, H. incongruens）表现出显著危害。
敏感性与暴露时长的重要性
测试物种对浸出液毒性的敏感性因物种和暴露时长而异。短期急性暴露实验（V. fischeri 30分钟，T. platyurus 24小时，D. magna 48小时）显示出最低的敏感性。值得注意的是，延长D. magna的暴露时间显著影响了结果：在标准48小时暴露期间被认为无危害的许多浸出液，在96小时暴露后却显示出高危害性。这一发现表明，标准的48小时暴露测试可能导致低估塑料在生态系统中的相关风险。相比之下，为期6天的介形虫（H. incongruens）生物测定以及96小时的D. magna测试更为敏感。在所有的甲壳动物实验中，均观察到了（微）塑料颗粒在肠道中的累积现象。
敏感测试组合的提出
综合所有测试，为期6天的H. incongruens测试、96小时的D. magna测试以及72小时的R. subcapitata（微藻）生长抑制实验被证明是最为敏感的测试方法。微藻生长抑制实验与7天的L. minor（浮萍）生长抑制结果具有良好相关性（R2=0.76），但前者更为灵敏且资源效率更高。重要的是，这三种最敏感的测试方法所得结果，与最具环境安全评估相关性但资源消耗巨大的21天慢性D. magna实验的结果具有可比性。因此，研究推荐将72小时的R. subcapitata实验、96小时的D. magna实验和6天的H. incongruens实验作为筛选泡沫塑料浸出液环境安全性的最小敏感组合。
3.2. 塑料浸出液环境危害评估中的不确定性
目前，用于制备塑料浸出液的浸出程序多种多样，这使得不同研究间的毒性数据难以比较。最关键的一个参数是浸出过程中使用的固液比。尽管更高的固液比曾被提议作为浸出液水相毒性的可靠参考，但过高的固液比可能因浸出化合物达到饱和而导致毒性低于低固液比制备的浸出液，本研究中对最毒样品（如PACK）的观察也印证了这一点。此外，浸出时长、浸出剂的类型以及塑料颗粒尺寸都会影响塑料浸出液的潜在毒性。从环境相关性的角度看，使用与暴露介质不同的浸出剂，或在毒性评估前对浸出液进行过度过滤（如0.45 μm），可能会增加评估的复杂性和成本，尤其对于需要大量浸出液的长周期毒性测试而言。
4. 结论
这项毒性筛查研究引发了人们对广泛使用的市售塑料产品环境安全性的担忧。如果跪垫这类常用产品都能对水生生物群构成显著危害，那么其对人类健康的风险也不容忽视。研究表明，短期急性毒性测试（如V. fischeri 30分钟测试、T. platyurus 24小时测试、D. magna 48小时测试）可能会低估由泡沫塑料材料引发的环境危害。而延长D. magna测试的暴露时间至96小时可显著提高其敏感性。综合六种水生生物和八种暴露设置组成的生态毒性评估组合，研究推荐将72小时Raphidocelis subcapitata测试、96小时Daphnia magna测试和6天Heterocypris incongruens测试用于泡沫塑料浸出液环境安全性的初步筛选。本研究强调了加强对塑料中添加剂监管的必要性，并呼吁通过协调/标准化浸出液制备和生态毒性测试方法，以更准确地进行这类复杂材料的环境危害评估。
